Wissenschaftler erfinden ein Antibiotikum, das die Form verändert, um tödliche Superbugs zu bekämpfen
Die Ausbreitung arzneimittelresistenter „Superbugs“ – einschließlich Bakterien, die sich entwickelt haben, um selbst die stärksten Antibiotika zu vereiteln – stellt eine ständig wachsende Bedrohung für die öffentliche Gesundheit dar. Jetzt haben Wissenschaftler eine neue Art von Antibiotikum erfunden, das diese Keime abtöten kann, indem es seine Atome schnell neu anordnet und so seine Form verändert.
Die Forscher beschrieben das erste dieser formverändernden Antibiotika in einem Artikel, der am 3. April in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Proceedings of the National Academy of Sciences (öffnet in neuem Tab). Bisher haben sie den Gestaltwandler in Wachsmotte (Galleria mellonella)-Larven, ein gängiges Tiermodell, das verwendet wird, um die Wirksamkeit von Antibiotika zu testen, aber sie müssen das Medikament noch an Menschen oder andere Säugetiere abgeben.
Um das neue Antibiotikum herzustellen, verwendeten die Forscher „Klick-Chemie“ – hocheffiziente chemische Reaktionen, die schnell und zuverlässig verschiedene chemische Bausteine zusammenklicken können, wie die beiden Hälften eines Sicherheitsgurtschlosses. Der leitende Autor der Studie, Johannes Mose (öffnet in neuem Tab)Professor am Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) in New York, untersuchte diese ultraschnellen Reaktionen unter der Leitung von K. Barry Sharpless, der einen seiner beiden Nobelpreise erhielt für seine Rolle bei der Entwicklung der Klick-Chemie.
„Klick-Chemie ermöglicht es uns, funktionelle Moleküle schnell zu entdecken“, sagte Moses in einer E-Mail gegenüber Live Science.
Das neue Antibiotikum des Teams klickt im Wesentlichen ein vorhandenes Antibiotikum namens Vancomycin mit einem Molekül namens Bullvalen zusammen, dessen Atome leicht Positionen tauschen und sich so in mehr als einer Million möglicher Konfigurationen anordnen können, so a CSHL-Erklärung (öffnet in neuem Tab). Dieses Atom-jonglierende Molekül diente als perfekter Kern für das neue Antibiotikum des Teams. Zwei Vancomycin-„Sprengköpfe“ sind an diesem formwandelnden Kern befestigt, einer an jedem Ende.
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Vancomycin (öffnet in neuem Tab) ist ein starkes Antibiotikum zur Behandlung schwerer „grampositiver“ bakterieller Infektionen, d. h. solcher, die durch Bakterien mit einem bestimmten Zellwandtyp verursacht werden. Um diese Keime abzutöten, bindet das Medikament an die Bakterienzellwand und schwächt sie, wodurch der Inhalt der Zelle austritt und der Keim stirbt.
Leider haben verschiedene Bakterien eine Resistenz gegen Vancomycin entwickelt. Zu diesen resistenten Keimen gehören Vancomycin-resistente Enterokokken (VRE), die in den USA 2017 schätzungsweise 54.500 Infektionen bei Krankenhauspatienten und schätzungsweise 5.400 Todesfälle verursachten, so die Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten (öffnet in neuem Tab).
In der neuen Studie starben, als die Wachsmottenlarven nicht behandelt wurden, etwa 90 % innerhalb einer Woche nach der Infektion mit VRE. Als ihnen eine Standarddosis Vancomycin verabreicht wurde, stieg die einwöchige Überlebensrate der Motten von 10 % auf 40 %. Aber als sie das neue formwandelnde Medikament erhielten, stieg ihre Überlebensrate auf 70 %. Etwa 70 % der gesunden Larven, denen beide Medikamente verabreicht wurden, überlebten bis zum siebten Tag. (Beachten Sie, dass diese Mottenlarvenstudien nur die Wirksamkeit der Medikamente in diesen Organismen widerspiegeln, nicht, wie sicher oder wirksam sie beim Menschen wären.)
Im Vergleich zu normalem Vancomycin verfügte das formwandelnde Medikament möglicherweise über mehr Werkzeuge, um die Bakterien abzutöten, berichtete das Team. „Wir fanden heraus, dass unsere formwandelnden Verbindungen möglicherweise eine neue Wirkungsweise haben, die eine Interaktion mit einem Schlüsselenzym namens MurJ beinhaltet“, sagte Moses. Dieses Enzym transportiert Baustoffe aus dem Zellinneren zur Zellwand, was den Bakterien hilft, sich zu vermehren. „Dies erfordert viel mehr Untersuchungen, um das Gesamtbild aufzudecken, aber es ist sicherlich eine interessante Beobachtung“, sagte er.
Und bemerkenswerterweise hat das formwandelnde Antibiotikum den Analysen des Teams zufolge die VRE nicht dazu gebracht, gegen das Medikament resistent zu werden – normalerweise treibt die Exposition gegenüber einem Antibiotikum Bakterien dazu, neue Resistenzstrategien zu entwickeln, um ihr Überleben zu verbessern. Das Team vermutet, dass das Medikament durch häufige Formänderungen die optimale Konfiguration finden kann, um sich an die Bakterienzellwand zu binden und so die tödlichsten Wirkungen auszulösen, ohne den Bakterien einen klaren Fluchtweg zu geben, um dem Angriff auszuweichen. Aber das ist vorerst eine Hypothese.
„Wir wissen derzeit nicht genau“, wie das neue Antibiotikum Resistenzen überwindet, sagte Moses. „Aber eines ist sicher“, fügte er hinzu, „Bakterien sind noch nie zuvor auf solche Formwandler-Medikamente gestoßen, so dass das ein gewisses Maß an Chaos im System verursachen wird.“
„Dies ist eine Studie im Frühstadium, und wir werden unterwegs viele Überraschungen erleben“, während wir das Medikament weiter untersuchen und entwickeln, schloss Moses.